超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的機(jī)理與應(yīng)用

超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的機(jī)理與應(yīng)用

1透輻射法的應(yīng)用目前，混凝土缺陷損失檢測(cè)技術(shù)可分為兩類：一類是機(jī)械波法，包括超聲脈沖波、影響脈沖波和聲發(fā)射；另一種是包括z梁、y梁和中子流等的透射輻射法。由于射線的穿透能力有限,尤其對(duì)于非勻質(zhì)的混凝土,其穿透深度受到很大限制,而且產(chǎn)生射線的設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜,又需要嚴(yán)格的防護(hù)措施,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用很不方便。超聲脈沖波的穿透能力較強(qiáng),尤其是用于檢測(cè)混凝土,這一特點(diǎn)更為突出,而且超聲檢測(cè)設(shè)備較簡(jiǎn)單,操作較方便,所以被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)。2超聲波材料的特性(1)超聲波的指向性比較好,其頻率越高,指向性越好。(2)超聲波傳播能量大,對(duì)各種材料的穿透力較強(qiáng)。超聲波的聲速、衰減、阻抗和散射等特性,為超聲波的應(yīng)用提供了豐富的信息。(3)超聲檢測(cè)具有適應(yīng)性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、對(duì)人體無(wú)害、設(shè)備輕巧、成本低廉,可即時(shí)得到探傷結(jié)果,適合在實(shí)驗(yàn)室及野外等各種環(huán)境下工作,并能對(duì)正在運(yùn)行的裝置和設(shè)備實(shí)行在線檢查。3發(fā)射與接收探針布置將發(fā)射與接收兩個(gè)探頭,分別放在構(gòu)件兩個(gè)平行界面,且對(duì)應(yīng)測(cè)試位置上(如通過(guò)在預(yù)應(yīng)力孔道位置的兩個(gè)平行界面),分別布置發(fā)射與接收探頭,獲取超聲波不同物理量(聲時(shí)、幅值、頻率)的方法。4波將產(chǎn)生繞射,射線檢測(cè),確定正確的波場(chǎng)時(shí)間,保證混凝土中孔道的聲參量超聲波在混凝土中傳播過(guò)程,碰到介質(zhì)變化或混凝土質(zhì)量缺陷時(shí),其超聲波的物理參數(shù)將發(fā)生變化。如超聲波傳播過(guò)程中遇到孔道,超聲波將產(chǎn)生繞射,折射,反射一般反映出其對(duì)測(cè)聲時(shí)延長(zhǎng)、波幅下降、主頻降低、波形畸變。由于超聲波測(cè)量混凝土缺陷是通過(guò)測(cè)量其聲參量的變化,因此想通過(guò)測(cè)量己知混凝土不同孔道病害變化,獲得對(duì)應(yīng)其超聲波參量變化,從中找出規(guī)律后,指導(dǎo)今后混凝土中孔道的病害檢測(cè),是一種對(duì)比性間接測(cè)量方法。由于混凝土介質(zhì)非均勻性,應(yīng)用超聲波測(cè)量預(yù)應(yīng)力孔道是半定性方法,因此還需要用其它方法綜合評(píng)判。5預(yù)應(yīng)力孔道/截面的檢測(cè)實(shí)際鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物中,其混凝土標(biāo)號(hào)、水灰比、密實(shí)度不同,病害可能不同,要使此成果,具有普遍指導(dǎo)意義,需采用一個(gè)相對(duì)指標(biāo),消除混凝土本身性質(zhì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,即提出對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù)概念。對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù)定義:被檢測(cè)預(yù)應(yīng)力孔道水平截面的對(duì)測(cè)聲時(shí)與其鄰近無(wú)孔道水平截面的對(duì)測(cè)聲時(shí)之比。一般可認(rèn)為,空孔道對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù)大于正常密實(shí)水泥漿和鋼束的對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù)。6模型梁結(jié)構(gòu)尺寸本次制作了10片模型梁,集體結(jié)構(gòu)尺寸如圖1,模擬了預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)存在的幾種情況。7對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù)模型梁對(duì)測(cè)聲時(shí)cosα1=rl1cosα2=rl2cosα1=rl1cosα2=rl2繞行聲程:S1=l21?r2?????√+(π2?α1)×r+l22?r2?????√+(π2?α2)×rS1=l12-r2+(π2-α1)×r+l22-r2+(π2-α2)×r對(duì)測(cè)聲程S2=l1+l2對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù)η=t1t2=S1×V2S2×V1η=t1t2=S1×V2S2×V1式中:t1—為孔道處對(duì)測(cè)聲時(shí)S1—為孔道處聲程V1—為孔道處聲速t2—為無(wú)孔道處對(duì)測(cè)聲時(shí)S2—為無(wú)孔道處聲程V2—為無(wú)孔道處聲速η—對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù)若忽略混凝土的不均勻性V1=V2則對(duì)測(cè)聲時(shí)系數(shù):η=t1t2=S1×V2S2×V1=S1S2η=t1t2=S1×V2S2×V1=S1S2當(dāng)l1=l2,且S1S2=l21?r2√+(π2?α1)×r+l22?r2√+(π2?α2)×rl1+l2l1+l2=l則S1S2=l12-r2+(π2-α1)×r+l22-r2+(π2-α2)×rl1+l2l1+l2=l則η=2×(12)2?r2√+2×(π2?α1)×rlη=2×(12)2-r2+2×(π2-α1)×rl式中α=cos?1rl1lα=cos-1rl1l—截面寬度8測(cè)試結(jié)果分析9聲時(shí)系數(shù)5.(1)空孔道聲時(shí)以繞行為主、繞行聲時(shí)比直行聲時(shí)長(zhǎng),因此其聲時(shí)系數(shù)大于1.0。(2)鋼筋聲時(shí)以穿透為主,由于在鋼筋中聲速大于在混凝土中聲速,因此其穿透聲時(shí)系數(shù)小于1.0。(3)穿透聲時(shí)系數(shù)隨距界面距加大而加大,而繞行聲時(shí)系數(shù)隨距界面距加大而減小。(4)計(jì)算與實(shí)測(cè)聲時(shí)系數(shù)基本接近,由于混凝土為非勻質(zhì)材料,不同層面用相同混凝土的聲速對(duì)比造成一定差異。